董云峰，李 智，雷 鸣

（北京航空航天大学宇航学院，北京 100191）

0 引言

针对一个特定物理系统构建的数学模型称为数字系统，数字系统生存在数字环境中，数字系统和数字环境组成一个与物理世界对应的数字世界。早在1997 年，美国国防部定义了虚拟样机（Virtual Prototyping，VP）的概念［1-2］。VP 是建立在计算机上的原型系统，它已成为设计部门评估和交流设计的必要工具［3-4］。VP 在系统维和时间维上，都强调了数字系统对物理系统的完整对映，所以是个完整的数字系统，但它并没有对数字世界和物理世界的交互程度进行定义。2003 年，GRIEVES 在美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上提出数字孪生（Digital Twin，DT）的概念［5-6］，并联合美国空军研究实验室，将DT 定义为充分利用数学模型、传感器更新、运行历史等数据，集成了多学科、多物理量、多尺度、多概率，在数字世界中完成对物理系统完整映射，能刻画和反映真实物理系统全生命期的仿真过 程［7］。DT 不仅丰富了VP 对数字模型的要求，还定义了数字世界和物理世界的交互融合特征。数字孪生后来被广泛接受，并认为是新一代工业革命的基石。系统越复杂，按系统工程方法决策的价值越大。传统的基于文本的系统工程（Text-Based Systems Engineering，TBSE）更适合定性分析，没有充分利用数字系统的优势。国际系统工程学会（International Council on Systems Engineering，INCOSE）于2007 年提出了基于模型的系统工程（Model-Based Systems Engineering，MBSE）概念［8］，2008 年进一步明解了MBSE 对设计、分析、验证和确认等活动的支持［9］。

美国在虚拟样机、基于模型的系统工程、数字孪生等研究方面起步较早。……